§6-5 §6-5 函数信号发生器函数信号发生器 §6-5 §6-5 函数信号发生器函数信号发生器

学习要点：•方波 / 矩形波发生器结构及相关参数计算•了解集成函数信号发生器 8038 的使用

函数信号发生器函数信号发生器 函数信号发生器函数信号发生器

6-5-1 6-5-1 方波方波 // 矩形波信号发生器矩形波信号发生器

6-5-2 6-5-2 三角波三角波 // 锯齿波信号发生器锯齿波信号发生器

退出退出

6-5-3 6-5-3 集成函数信号发生器集成函数信号发生器

—— 既能产生正弦波又能产生三角波、方波等非正弦输出信 号的电路

6-5-1 方波 / 矩形波信号发生器1 ．方波信号发生器

△

∞

+

+-

方波信号发生器

R1

R2

R3

R

C

uCu0

± Uzup

un

VDZ

uC

o t

o t

方波信号发生器的波形图

u0

＋ UF

－ UF

＋ UZ

－ UZ

＋ UZ

－ UZT1 T2

运放构成电压比较器的输出电压有两种情况——

输出为方波——因 C 充、放电常数均为 RC ，故 T1 ＝ T2 ，

u0 ＝

时　 当　

时　 当　

np

np

,

,

uuU

uuU

Z

Z

up ＝ un 时，输出电平翻转，并且注意到

up ＝

时－　 当

时　 当＝

ZFZ

ZFZ

UuUURR

R

UuUURR

R

021

2

021

2

,

,

周期： T ＝ T1 ＋ T2 ＝ 2RCln(1 ＋ 2 ) 　 1

2

R

R

频率： f0 ＝T

1

占空比： D ＝ T1/T ＝ 50%

2. 矩形波信号发生器

△

∞

+

+-

矩形波信号发生器

R1

R2

R3

R

C

uCu0

±Uzup

un

VDZ

VD2

VD1

RP1

RP2

RP

工作原理——与上例基本相同。只是电容 C 充电时常数为： (RP1+R)C ；电容 C 放电时常数为 (RP2+R)C ； 于是形成占空比 γ 可调的矩形波输出信号发生器

1) 当 RP1<RP2 时，占空比 D ＝ T1/T<50% ，波形见下图 a ；2) 当 RP1 ＝ RP2 时，占空比 D ＝ T1/T ＝ 50% ，波形见下图b ；3) 当 RP1>RP2 时，占空比 D ＝ T1/T>50% ，波形见下图 c 。

t

＋UZ

－UZ

o－UF

+UF

u0 uC

T1 T2

t

＋UZ

－UZ

o－UF

+UF

u0 uC

T1 T2

t

＋UZ

－UZ

o－UF

+UF

u0 uC

T1T2

(1) RP1<RP2，D <50% (2) RP1=RP2，D =50% (3) RP1>RP2，D >50%

(a)　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 (b)　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 (c)

其中： T1 ＝ (R ＋ RP1)Cln(1 ＋ 2 ) 　

T2 ＝ (R ＋ RP2)Cln(1 ＋ 2 ) 　

输出矩形波的周期： T ＝ T1 ＋ T2 ＝ (2R ＋ RP)Cln(1 ＋ 2

) 　

1. 三角波信号发生器

1

2

R

R

1

2

R

R

1

2

R

R

6-5-2 三角波 / 锯齿波信号发生器

△

∞

+

+- A1

△

∞

+

+- A2

三角波信号发生器

R1R2

R3 R4

R5

R

±UZup1

uo

C

uC

uo1

VDZ

电路构成—— 1 ）过零电压比较器： A1 及 R1 ～ R4 、 VDZ 构成；

2 ）积分器： A2 及 R 、 C 、 R5 构成。

工作原理——电路刚接通电源时 ( 设 t ＝ 0 时刻 ) ，比较器的输出电 压 uo1 可能是＋ UZ 也可能是－ UZ ，任意假设一种

情 况，并不会影响讨论结果。 假设 : 在 t ＝ 0 时， uo1 ＝＋ UZ ，且 uC(0) ＝ 0 。

　　 1 ） uo1 ＝＋ UZ 时→ → uo↓→

当 → uP1 ＝ 0→uo1 由＋ UZ 翻转为

－ UZ 。

2 ） uo1 ＝－ UZ→ ↑→uo↑→

时→ uP1 ＝ 0→uo1 由－ UZ 翻为＋ UZ 。

如此循环下去，就在输出端产生了三角波电压，如下图所示。

dtuRC

u 1oo1 dt

RC

UZ

F1

2o UU

R

Ru Z

dtuRC

u 1oo1

dtRC

UZ

FZ1

2o UU

R

Ru

uo1

o t

+UZ

-UZ

o t－UF

＋UF

u0

三角波信号发生器的波形图

三角波的周期与频率——

T ＝ 4RC 1

2

R

R

2

1

4RCR

Rf

2. 锯齿波信号发生器

△

∞

+

+-A1

△

∞

+

+-A2

锯齿波信号发生器

R1R2

R3 R4

R5

±UZup1

uo

C

u01

VDZ

VD1

VD2

RP1

RP2

RP

工作原理——与三角波发生器基本相同，只是 1 ）当 uo1 ＝＋ UZ 时， VD1 导通、 VD2 截止； 2 ）而当 uo1 ＝－ UZ 时， VD2 导通、 VD1 截止； 于是调节 RP1 、 RP2 可形成上升斜边与下降斜边不相 等的三角波（即锯齿波）

—— 国产 5G8038 单片函数波形发生器，可产生精度较高的正 弦波、方波、矩形波、三角波、锯齿波等多种信号。

6-5-3 集成函数信号发生器

1.5G8038 管脚排列与功能（内部电路如下图 ICL8038 做参考）

1

2

3

4

5

6

7

14

13

12

11

10

9

8

5G8038

集成函数信号发生器5G8038管脚排列及功能

空

空

正弦波失真调节

正弦波失真调节

负电源(-VEE)或接地

正电源(+Vcc)

正弦波输出端

三角波/锯齿波输出端

方波/矩形波输出端

外接电阻Ra

外接电阻Rb占空比调节

外接电容C

FM扫描输入FM偏置输出

正弦波变换

比较器A

比较器B

Q

Q

R

S

I 1

I2

2

3

9

11

6

10

S

C

+Vcc

-VEE

缓冲器

缓冲器

FF

I CL8038内部电路图

R

S

R

R

R

管脚功能—— 1 ） 6 、 11 脚：接＋ 10V 、－ 10V 直流电压源 ( ＋ VCC 、－ VEE) ； 2 ） 2 脚：正弦波输出端； 3 ） 3 脚：三角波和锯齿波输出端； 4 ） 9 脚：方波和矩形波输出端，并且 9 脚需要通 过外接一只电阻 R 连接正电源＋ VCC ， R 叫做 上拉电阻； 5 ） 1 、 12 脚：正弦波失真度调节端，通过改变 外接电位器可以改善正弦波的失真度； 6 ） 4 、 5 脚：接电位器，调整三角波／锯齿波的 上升与下降时间； 7 ） 8 、 7 脚：频率调节电压输入端和输出端，一 般可将此二脚直接相联，并通过外接电位器 调节输出信号的频率； 8 ） 13 、 14 脚：空置端。

2. 应用电路　 由 5G8038 构成的函数信号发生器电路如图所示。

14 13 12 11 10 9 8

1 2 3 4 5 6 7

5G8038

100k

+VCC

-VEE

10k

正弦波输出端

三角波/锯齿波输出端4.7k 4.7k

1k

10k

20k

方波/矩形波输出端

0.01μ F

RC

100k

10k

集成函数信号发生器5G8038的应用电路

复习及提问： 1. 石英晶体的特性 ? 2. 石英晶体振荡器与普通振荡器相比其优点 为何 ?思考题： 1. 什么叫做函数信号发生器？ 2. 方波与矩形波的区别是什么？ 3. 典型的集成函数信号发生器的型号是什么？它可以产生

哪些波形输出？作业题： P108 3 、 4 、 5 、 6预习：完成本章小结

课后小结——见黑板